研究目的
开发一种在MoS2单层中进行Sn合金化的新方法，以提升基于TMD的光电探测器性能，具体目标是在保持高光电响应率的同时缩短响应时间。
研究成果
该研究成功展示了利用NaCl辅助CVD方法可控合成高质量Mo1-xSnxS2合金单层材料。这种合金单层展现出更优的光电性能，最大响应度达12 mA/W，最小响应时间为20毫秒——比大多数已报道的基于MoS2的光电探测器更快。这项工作为通过精准二维合金工程提升过渡金属硫化物基光电探测器性能提供了新思路。
研究不足
生长态Mo1-xSnxS2合金单层中存在的某些缺陷可能影响器件性能，如迁移率和光电响应度。虽然响应时间有所改善，但仍远未达到实际应用要求，可通过构建p-n结/肖特基结探测器或其他先进结构进一步缩短。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用定制化化学气相沉积（CVD）法，结合普通食盐（NaCl）的协同效应，生长高质量、大尺寸的Mo1-xSnxS2合金单层。该方法通过热蒸发MoO3前驱体，并在NaCl辅助下使SnO2前驱体形成中间金属氧氯化物蒸汽。
2：样品选择与数据来源：
使用SiO2/Si衬底生长Mo1-xSnxS2单层，通过调节前驱体源比例或改变前驱体间距实现合金成分调控。
3：实验设备与材料清单：
实验装置包含CVD系统、作为前驱体的MoO3和SnO2/NaCl粉末及硫粉，表征手段包括光学显微镜、SEM、AFM、XPS、拉曼与光致发光（PL）测试及扫描透射电镜（STEM）。
4：实验流程与操作步骤：
生长过程在受控气氛中加热前驱体至特定温度以合成合金单层，通过调节硫粉与MoO3间距控制合金成分。
5：数据分析方法：
采用XPS、拉曼及PL光谱分析合金成分与质量，光电探测器光电性能通过Keithley分析仪在暗态与光照条件下测定。
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FEI INSPECT F50 SEM
INSPECT F50
FEI
Characterization of the surface morphologies of Mo1-xSnxS2 alloys.
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Bruker Dimension ICON AFM
Dimension ICON
Bruker
Characterization of the thickness of the as-grown Mo1-xSnxS2 alloys.
-
Thermo Scientific Esca lab 250Xi XPS
Esca lab 250Xi
Thermo Scientific
Elemental composition measurement of the as-grown Mo1-xSnxS2 alloys.
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Keithley 2643B analyzer
2643B
Keithley
Measurement of the electrical and photoresponse characteristics of the Mo1-xSnxS2 devices.
-
MoO3
Precursor for Mo source in the CVD growth of Mo1-xSnxS2 alloy monolayers.
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SnO2
Precursor for Sn source in the CVD growth of Mo1-xSnxS2 alloy monolayers.
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NaCl
Assists in the formation of intermediate metal oxychloride for the CVD growth of Mo1-xSnxS2 alloy monolayers.
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Sulfur powder
Precursor for S source in the CVD growth of Mo1-xSnxS2 alloy monolayers.
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SiO2/Si substrates
Substrate for the growth of Mo1-xSnxS2 alloy monolayers.
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Renishaw LabRAM Invia micro-Raman system
LabRAM Invia
Renishaw
Raman and PL intensity mapping characterizations of the as-grown Mo1-xSnxS2 alloys.
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Themis z STEM
Themis z
High angle annular dark field (HAADF)-STEM imaging of the Mo1-xSnxS2 alloys.
-
MDL III series lasers
MDL III
Generation of spectral photocurrent response in the photodetectors.
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